JP2016206334A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ケースを構成する蓋部に掛かる応力を低減することができる照明装置を提供する。
【解決手段】反射部１００は、スペーサ１２０のうちミラーチップ１１０とは反対側に固定されることにより、マトリクス反射部１１１をスペーサ１２０の中空部分であると共に湿度が調整された防湿空間１５０に封止する第１蓋部１３０を有する。ケース２００は、反射部１００が底面２１１に実装された有底形状の容器部２１０と、容器部２１０の開口端２１２に固定されることにより反射部１００を容器部２１０の中空部分である防塵空間２５０に封止する第２蓋部２２０と、を有する。このように、ケース２００に要求されていた防湿機能が分離されて反射部１００に備えられているので、ケース２００を構成する容器部２１０に第２蓋部２２０を固定するための接合部２４０としてヤング率が低い材質を選択することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源の光を反射させる照明装置に関するものである。

従来より、複数のマイクロミラーが配列されたマイクロミラーデバイスで光源の光を反射させて光の照射領域を制御する照明装置が、例えば特許文献１で提案されている。各マイクロミラーに対する異物や水滴による影響を減らすため、マイクロミラーデバイスはケースに収容される。ケースは、マイクロミラーデバイスを収容する容器部と、容器部内を封止すると共に光を透過する蓋部と、を含んで構成される。

特開２００８−１３７５１６号公報

しかしながら、上記従来の技術では、ケースに防塵機能と防曇機能との両方を備えさせているので、容器部及び蓋部の材質が制限されてしまう。例えば、容器部としてセラミックパッケージが選択され、蓋部としてガラス板が選択される。このため、容器部に蓋部を取り付けると材質の違いや製造時に発生する応力が蓋部に掛かり、蓋部の信頼性が低下してしまうという問題がある。

本発明は上記点に鑑み、ケースを構成する蓋部に掛かる応力を低減することができる照明装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、入射した光を所定の方向に反射させる反射部（１００）と、反射部（１００）を収容し、光源の光を透過させて反射部（１００）に導くと共に、反射部（１００）で反射した光を再び透過させて外部に照射するケース（２００）と、を備えている。

そして、反射部（１００）は、複数のマイクロミラー（１１２）がマトリクス状に配置されたマトリクス反射部（１１１）を有し、複数のマイクロミラー（１１２）の傾斜角度を制御することで光源の光を反射させるミラーチップ（１１０）と、マトリクス反射部（１１１）を囲むようにミラーチップ（１１０）に固定された筒状のスペーサ（１２０）と、光源の光を透過すると共にマトリクス反射部（１１１）で反射した光を透過するものであり、スペーサ（１２０）のうちミラーチップ（１１０）とは反対側に固定されることにより、マトリクス反射部（１１１）をスペーサ（１２０）の中空部分であると共に湿度が調整された防湿空間（１５０）に封止する第１蓋部（１３０）と、を有している。

また、ケース（２００）は、底面（２１１）及び開口端（２１２）を有する有底形状をなしており、反射部（１００）が底面（２１１）に実装された容器部（２１０）と、光源の光を透過すると共にマトリクス反射部（１１１）で反射した光を透過するものであり、容器部（２１０）の開口端（２１２）に固定されることにより、反射部（１００）を容器部（２１０）の中空部分である防塵空間（２５０）に封止する第２蓋部（２２０）と、第２蓋部（２２０）を容器部（２１０）の開口端（２１２）に固定する接合部（２４０）と、を有していることを特徴とする。

これによると、照明装置において、反射部（１００）に防湿機能が備えられ、ケース（２００）に防塵機能が備えられている。つまり、ケース（２００）に要求されていた防湿機能が分離されて反射部（１００）に備えられている。このため、ケース（２００）を構成する容器部（２１０）に第２蓋部（２２０）を固定するための接合部（２４０）としてヤング率が低い材質を選択することができる。したがって、容器部（２１０）の開口端（２１２）に第２蓋部（２２０）を固定したことにより容器部（２１０）から第２蓋部（２２０）に掛かる応力を低減することができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態に係る照明装置の断面図である。 図１に示されたミラーチップの平面図である。 本発明の第２実施形態に係る照明装置の断面図である。 本発明の第３実施形態に係る照明装置の断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る照明装置は、車両に搭載されるものであり、車両のヘッドライト等を照射する際の配光制御に用いられるものである。図１に示されるように、照明装置１は、反射部１００及びケース２００を備えて構成されている。

反射部１００は、入射した光を所定の方向に反射させる機能を有するものである。反射部１００は、防湿機能を備えた構成になっている。具体的には、反射部１００は、ミラーチップ１１０、スペーサ１２０、第１蓋部１３０、及び反射防止膜１４０を有している。

ミラーチップ１１０は、シリコン基板等の半導体基板を母体として構成されている。図２に示されるように、ミラーチップ１１０は、ＭＥＭＳ技術によって形成されたマトリクス反射部１１１を有している。マトリクス反射部１１１は、複数のマイクロミラー１１２がマトリクス状に配置されて構成されたミラーアレイである。

マイクロミラー１１２は、光を反射するミラー部を有する微少構造体（Micro Electro Mechanical Systems；ＭＥＭＳ）である。ミラー部は電気的な指令に基づいて傾くように形成されている。したがって、各マイクロミラー１１２は、例えば制御信号に従ってミラー部で光を反射するように傾斜角度が制御される。

１つのマイクロミラー１１２のサイズは例えば７０μｍ程度である。１つのマイクロミラー１１２が１画素に対応する。マトリクス反射部１１１は、例えば数万個のマイクロミラー１１２で構成されている。

また、ミラーチップ１１０は、各マイクロミラー１１２を制御信号によって駆動するための図示しない駆動回路や、外部との電気的な接続を行うためのパッド１１３等を有している。パッド１１３にはボンディングワイヤ１１４が接合されている。

図１に示されたスペーサ１２０は、マトリクス反射部１１１から第１蓋部１３０を離すための筒状の部品である。すなわち、傾斜する各ミラー部が第１蓋部１３０に接触しないようにするための高さ調整手段である。

スペーサ１２０は、中空部分にマトリクス反射部１１１が配置されるようにミラーチップ１１０に固定されている。すなわち、スペーサ１２０は、マトリクス反射部１１１を囲むようにミラーチップ１１０に固定されている。スペーサ１２０は、例えばガラス材料や金属材料、あるいはロウ付け材料によって構成されている。

ここで、ミラーチップ１１０の駆動回路と外部との電気的接続を可能にするために、スペーサ１２０はミラーチップ１１０に形成されたパッド１１３を除くようにマトリクス反射部１１１を囲んでいる。このため、ミラーチップ１１０のうちパッド１１３が形成された部分がスペーサ１２０から突出している。

第１蓋部１３０は、光源の光を透過すると共にマトリクス反射部１１１で反射した光を透過するための板状の部品である。また、第１蓋部１３０は、マトリクス反射部１１１をスペーサ１２０の中空部分に封止するためのものである。本実施形態では、第１蓋部１３０は、ガラス材料によって構成されている。第１蓋部１３０は、スペーサ１２０のうちミラーチップ１１０とは反対側の開口部に固定されている。

また、第１蓋部１３０は、スペーサ１２０に固定されることにより、スペーサ１２０の中空部分である防湿空間１５０にマトリクス反射部１１１を封止している。言い換えると、防湿空間１５０は、ミラーチップ１１０、スペーサ１２０、及び第１蓋部１３０によって封止されている。すなわち、防湿空間１５０は大気で満たされているが、単位体積当たりに含まれる水分の量が調整されている。つまり、防湿空間１５０の湿度が調整されている。これにより、防湿空間１５０では結露等による水滴が発生しにくくなっている。

反射防止膜１４０は、第１蓋部１３０のうち防湿空間１５０を構成する内面１３１に形成されている。反射防止膜１４０は、防塵空間２５０に進入した光が第１蓋部１３０で反射することによりマトリクス反射部１１１に到達する光の強度が低下してしまうことを防止する役割を果たす。反射防止膜１４０はいわゆるＡＲコートであり、例えばフッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）等の材料によって形成されたコーティング膜である。

ケース２００は、反射部１００を収容するものである。また、ケース２００は、光源の光を透過させて反射部１００に導くと共に、反射部１００で反射した光を再び透過させて外部に照射する役割を果たす。このようなケース２００は、防塵機能を備えた構成になっている。具体的には、ケース２００は、容器部２１０、第２蓋部２２０、及び防曇剤２３０を有している
容器部２１０は、底面２１１及び開口端２１２を有する有底形状すなわち箱形状の部品である。ケース２００には防湿機能が要求されていないので、容器部２１０として透湿性の高い材料を選択することが可能である。本実施形態では、容器部２１０はＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の樹脂材料が型成形されたものである。容器部２１０は、反射部１００が底面２１１に実装されることで反射部１００を収容している。

また、容器部２１０は、底面２１１にパッド２１３や図示しない配線パターン等を有している。パッド２１３にはボンディングワイヤ１１４が接合されており、ミラーチップ１１０の駆動回路と電気的に接続されている。さらに、配線パターンは容器部２１０の外側に引き出されており、外部装置との電気的接続が可能になっている。

第２蓋部２２０は、容器部２１０の開口部を塞ぐ板状の蓋部品である。第２蓋部２２０は、容器部２１０の開口端２１２に固定されることにより容器部２１０の中空部分を密閉する。第２蓋部２２０は、接合部２４０によって当該開口端２１２に接着固定されている。接合部２４０として、シリコーン等のヤング率が低い低弾性の接着剤が用いられる。

本実施形態では、第２蓋部２２０は、ガラス材料で形成されている。そして、第２蓋部２２０は、光源の光を透過すると共に反射部１００に導き、さらに反射部１００のマトリクス反射部１１１で反射した光を透過して再び外部に導く。

さらに、第２蓋部２２０は、容器部２１０の開口端２１２に固定されることにより、反射部１００を容器部２１０の中空部分である防塵空間２５０に封止している。防塵空間２５０は大気で満たされている。当該大気は、単位体積当たりに含まれる水分の量は調整されていない。

防曇剤２３０は、第１蓋部１３０のうち防塵空間２５０を構成する第１表面１３２と、第２蓋部２２０のうち第１表面１３２に対向する第２表面２２１と、に塗布されている。第１表面１３２は少なくとも第１蓋部１３０のうち容器部２１０の開口側に向けられた面であり、第２表面２２１は少なくとも第２蓋部２２０のうち容器部２１０の底面２１１側に向けられた面である。

上述のように、防塵空間２５０の水分量は調整されていないので、防塵空間２５０に結露等による水滴が発生する可能性がある。この水滴は防塵空間２５０を構成する反射部１００の第１蓋部１３０やケース２００の第２蓋部２２０に付着する可能性がある。したがって、防曇剤２３０は光が透過する第１表面１３２及び第２表面２２１に水滴が付着することを防止する役割を果たすものである。

防曇剤２３０は、例えば酸化チタン等で製造されている。仮に、防塵空間２５０の大気に含まれた水分によって防曇剤２３０に水滴が付着したとしても、水滴は防曇剤２３０の上に薄く濡れ広がるので、水滴の玉が無くなる。これにより、水滴による光の乱反射を抑制することができる。

ここで、第１蓋部１３０の第１表面１３２に防曇剤２３０が塗布されたことにより、光の反射率が増加する。これに伴って、マトリクス反射部１１１に照射される光の強度が低下することを防止するため、防曇剤２３０として当該防曇剤２３０の屈折率が大気の屈折率よりも大きいものを用いることが好ましい。また、防曇剤２３０として、当該防曇剤２３０の屈折率がガラス材料である第１蓋部１３０及び第２蓋部２２０よりも小さいものを用いることが好ましい。

以上が、本実施形態に係る照明装置１の全体構成である。なお、照明装置１は車両のヘッドライトシステムの回路基板等に実装される。回路基板は、プリント基板やセラミック基板やフレキシブル基板等である。回路基板には、ミラーチップの駆動回路を制御するための図示しないＩＣチップや電子部品が実装されている。

次に、照明装置１の作動について説明する。マトリクス反射部１１１の各マイクロミラー１１２は、ミラーチップ１１０の駆動回路から入力する制御信号に応じてミラー部の傾斜角度を変更する。

例えば、ミラーチップ１１０の駆動回路からマトリクス反射部１１１に制御信号が入力されると、マトリクス反射部１１１は、外部の光源から第２蓋部２２０、第２表面２２１上の防曇剤２３０、防塵空間２５０、第１表面１３２上の防曇剤２３０、第１蓋部１３０、反射防止膜１４０、及び防湿空間１５０を介して入射した入射光を各マイクロミラー１１２のミラー部で反射させて反射光を外部に出射する。このとき、各マイクロミラー１１２のミラー部は、外部に形成する配光領域に応じた傾斜角度に傾けられる。

一方、ミラーチップ１１０の駆動回路からマトリクス反射部１１１に制御信号が入力されると、マトリクス反射部１１１は、各マイクロミラー１１２のミラー部の傾きを変化させて反射光を照明装置の外部に配置された図示しない光吸収板に出射する。これにより、照明装置から光を出射しないようにすることができる。このように、マトリクス反射部１１１は駆動回路の指令に従って光の反射角度を制御する。

以上説明したように、本実施形態では、ケース２００は防塵機能のみを備え、防湿機能を反射部１００に備えた構成になっている。すなわち、照明装置１は、防湿機能及び防塵機能が分離されて、内側に防湿構造が設けられ、外側に防塵構造が設けられた二重構造となっていることが特徴となっている。

このため、ケース２００を構成する容器部２１０及び第２蓋部２２０として防塵機能に適した材質すなわち防湿機能を考慮しない材質を選択することができる。このように、容器部２１０及び第２蓋部２２０の材質の選択肢が増えるので、第２蓋部２２０として容器部２１０の線膨張係数に近い材質を選択することができる。そして、接合部２４０として防湿性が高い低融点ガラス等のヤング率の高い材料を選択する必要がない。また、接合部２４０としてヤング率が低い材質を選択することができる。したがって、容器部２１０の開口端２１２に第２蓋部２２０を固定したことにより容器部２１０から第２蓋部２２０に掛かる応力を低減することができる。特に、ケース２００の寸法変化による影響が第２蓋部２２０伝わりにくくなり、第２蓋部２２０に掛かる応力が低減するというメリットがある。

また、ガラス材料である第２蓋部２２０に掛かる応力が低減するので、第２蓋部２２０が壊れにくくなる。つまり、第２蓋部２２０の品質面での信頼性を確保することができる。このため、ケース２００のサイズを大きくすることができる。これは、光源の光の径に対してマトリクス反射部１１１のサイズが小さい場合、光の全てがマトリクス反射部１１１で反射されないので、反射部１００への入射光に対する反射光の照射光度が低下するという問題に対応することができる。すなわち、ケース２００を大きくすると共に、反射部１００のマトリクス反射部１１１のサイズを大きくすることで、光源の光の全てを反射させることができる。したがって、反射部１００から照射される光の照射光度を上げることができる。

さらに、ケース２００には防湿機能が不要であるので、容器部２１０として防湿性が高いセラミック容器等の部品を用いる必要がない。また、上記のようにケース２００の材質についての選択肢が多いので、低コストの部品を用いることができる。したがって、照明装置１の製造コストを低減することができる。

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、防曇剤２３０が特許請求の範囲の「水滴防止部」に対応する。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。図３に示されるように、反射防止膜１４０は、第１蓋部１３０の内面１３１の全体に塗布されている。そして、スペーサ１２０が内面１３１上の反射防止膜１４０の一部に固定されている。また、防曇剤２３０は、第２蓋部２２０の第２表面２２１の全体に塗布されている。そして、接合部２４０が第２表面２２１上の防曇剤２３０の一部に接合されている。以上のような構成としても良い。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。図４に示されるように、ケース２００は、防塵空間２５０に設けられた透明なゲル部材２６０を有している。ケース２００は、上述の防曇剤２３０を備えていない。

ゲル部材２６０として、例えばシリコーン系ゲルが用いられる。ゲル部材２６０はケース２００の防塵空間２５０の全体に満たされている。したがって、防塵空間２５０には大気が入る空間が無い。なお、マトリクス反射部１１１に照射される光の強度が低下することを防止するため、ゲル部材２６０として当該ゲル部材２６０の屈折率が第２蓋部２２０の屈折率に近いものを用いることが好ましい。

以上のように、防塵空間２５０がゲル部材２６０で満たされているので、防塵空間２５０への異物の侵入を防止することができる。また、防塵空間２５０における水滴の発生を無くすことができる。すなわち、第１蓋部１３０の第１表面１３２や第２蓋部２２０の第２表面２２１に水滴が付着することを防止することができる。

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、ゲル部材２６０が特許請求の範囲の「水滴防止部」に対応する。

（他の実施形態）
上記各実施形態で示された照明装置１の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、第１蓋部１３０及び第２蓋部２２０はガラス材料で形成されたものに限られず、光を透過する樹脂材料等で構成されていても良い。また、容器部２１０は樹脂材料で形成されたものに限られず、金属やセラミックスで形成されていても良い。可能であれば、容器部２１０はガラス材料で形成されていても良い。

さらに、反射防止膜１４０は必須の構成ではなく、第１蓋部１３０に設けられていなくても良い。同様に、ケース２００に防曇剤２３０やゲル部材２６０が設けられていなくても良い。

上記各実施形態で示された照明装置１は、車両のライトの配光制御に用いられるものであるが、これは照明装置１の用途の一例である。したがって、照明装置１は車両に適用されなくても良い。例えば、照明装置１はプロジェクタ等の光学装置に用いられても良い。

１００ 反射部
１１０ ミラーチップ
１１１ マトリクス反射部
１２０ スペーサ
１３０ 第１蓋部
１５０ 防湿空間
２００ ケース
２１０ 容器部
２２０ 第２蓋部
２５０ 防塵空間

Claims (7)

1. 入射した光を所定の方向に反射させる反射部（１００）と、
   前記反射部（１００）を収容し、光源の光を透過させて前記反射部（１００）に導くと共に、前記反射部（１００）で反射した光を再び透過させて外部に照射するケース（２００）と、
   を備え、
   前記反射部（１００）は、
   複数のマイクロミラー（１１２）がマトリクス状に配置されたマトリクス反射部（１１１）を有し、前記複数のマイクロミラー（１１２）の傾斜角度を制御することで前記光源の光を反射させるミラーチップ（１１０）と、
   前記マトリクス反射部（１１１）を囲むように前記ミラーチップ（１１０）に固定された筒状のスペーサ（１２０）と、
   前記光源の光を透過すると共に前記マトリクス反射部（１１１）で反射した光を透過するものであり、前記スペーサ（１２０）のうち前記ミラーチップ（１１０）とは反対側に固定されることにより、前記マトリクス反射部（１１１）を前記スペーサ（１２０）の中空部分であると共に湿度が調整された防湿空間（１５０）に封止する第１蓋部（１３０）と、
   を有し、
   前記ケース（２００）は、
   底面（２１１）及び開口端（２１２）を有する有底形状をなしており、前記反射部（１００）が前記底面（２１１）に実装された容器部（２１０）と、
   前記光源の光を透過すると共に前記マトリクス反射部（１１１）で反射した光を透過するものであり、前記容器部（２１０）の前記開口端（２１２）に固定されることにより、前記反射部（１００）を前記容器部（２１０）の中空部分である防塵空間（２５０）に封止する第２蓋部（２２０）と、
   前記第２蓋部（２２０）を前記容器部（２１０）の前記開口端（２１２）に固定する接合部（２４０）と、
   を有していることを特徴とする照明装置。
2. 前記ケース（２００）は、前記第１蓋部（１３０）のうち前記防塵空間（２５０）を構成する第１表面（１３２）と、前記第２蓋部（２２０）のうち前記第１表面（１３２）に対向する第２表面（２２１）と、に水滴の付着を防止する水滴防止部（２３０、２６０）を有していることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記水滴防止部は、前記第１表面（１３２）及び前記第２表面（２２１）に塗布された防曇剤（２３０）であることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 前記水滴防止部は、前記ケース（２００）の前記防塵空間（２５０）に満たされたゲル部材（２６０）であることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
5. 前記反射部（１００）は、前記第１蓋部（１３０）のうち前記防湿空間（１５０）を構成する内面（１３１）に形成された反射防止膜（１４０）を有していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の照明装置。
6. 前記第１蓋部（１３０）及び前記第２蓋部（２２０）は、ガラス材料で形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の照明装置。
7. 車両に搭載され、前記車両のライトの照射に用いられるものであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の照明装置。

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